CN101140246A - X射线ct检查设备以及用于检查对象的ct方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线CT检查设备，具有带焦点的X射线管和用于容纳待检查对象的检查滑架，所述X射线管产生扇形射束或者锥体射束，所述射束完全照射距所述焦点限定距离的探测器，所述检查滑架具有可旋转的旋转轴线，该旋转轴线垂直于扇形射束的平面或垂直于锥体射束的中心轴线。根据本发明设置有，所述检查滑架能固定在至少一个测量点上，其中每个测量点这样地设置，使得所述旋转轴线位于测量线上，所述测量线从所述焦点出来并且与所述扇形射束或锥体射束夹一倾斜角。此外，本发明还涉及一种用于借助根据本发明的X射线CT检查设备检查对象、尤其是大小不同的对象的CT方法。

Description

X射线CT检查设备以及用于检查对象的CT方法

技术领域

本发明涉及一种X射线CT检查设备，该X射线CT检查设备具有带焦点的X射线管和用于容纳待检查对象的检查滑架(Pruefschlitten)，该X射线管产生扇形射束或者锥体射束，射束照射距焦点限定距离的探测器，而检查滑架具有可旋转的旋转轴线，该旋转轴线垂直于扇形射束的平面或垂直于锥体射束的中心轴线。此外，本发明还涉及一种用于借助上述X射线CT检查设备检查对象、尤其是不同大小的对象的CT方法。

背景技术

在工业计算机断层X射线摄影术(CT)中常用两种检查方法。一种方法涉及平移-旋转-断层摄影术(第二代)而另一种方法涉及扇形射束-断层摄影术(第三代)。在这两种情况下，在焦斑、焦点、X射线源之前，扇形射束渐弱，扇形射束完全照亮一维探测器。X射线源和探测器都位置固定地设置。在它们之间，待检查对象被引入扇形射束中，待检查对象被绕垂直于扇形射束的平面的轴线旋转，以便能够进行对象的重构。X射线管与探测器之间的距离是可变的，同样设置在转盘上的对象的位置也是可变的，使得几何放大能够与相应的要求一致。对象的单个水平层以如下方式被拍摄，即对象或者X射线管和探测器逐步改变它们的高度。代替扇形射束的使用，也可能使用锥体射束，并且将该射束投影到二维探测器上。因此，(按照对象的大小)可以省去逐层的扫描。

在扇形射束-断层摄影术中，以这样的方式产生完整的测量数据记录：检查对象在断面中完全处于扇形射束中，并且拍摄至少180°加扇形射束的张角中的投影。该方法是快速的，然而射束扇形的大小确定了可在该装置中断层摄影的对象的最大尺寸。该尺寸也称作测量圆。该关系反过来也适用，即为了能够断层摄影更大的对象，测量圆必须更大，所以使用具有更大的张角的扇形射束并因此使用更大的探测器。在该方法中，比较小的对象已经要求大的设备，该设备具有长的探测器以及在焦点与探测器之间大的距离。在此，由辐射源的最大发射角和探测器的结构大小造成技术上的限制，其中最大发射角限制了张角。

当扇形射束未覆盖整个对象时，则可以有选择地通过辐射源和探测器或对象的侧向运动合成地扩宽该扇形射束。在此，涉及平移-旋转-断层摄影术。当然，在此必须交替进行线性和旋转运动，这是耗时的，并且对横向运动还要求线性轴线，该线性轴线必须在整个路径上以高精度保证旋转轴线与扇形射束平面的直角对准。

如果代替两维扇形射束使用三维锥体射束，则在X射线源的焦点与通常有棱角的二维平面探测器的角之间或者在X射线源的焦点与所使用的图像拍摄设备的边缘轮廓之间张开可用的检查体积(Pruefvolumen)。在其它方面，上述说明类似地适用。

在检查对象的典型大小分布和数量分布的情况下(经常存在多个小的和少量大的对象)，迄今为止需要这样设计检查设备，使得在所有情况下都能够检查大的对象。由此产生在整个检查设备的结构大小方面和在可实现的测量时间方面的缺点。

发明内容

本发明的任务是提供一种与传统结构相比机械上简化、紧凑且快速的X射线CT检查设备，该设备用于大小明显不同的对象的检查。对此，也应提供一种方法，这样的X射线CT检查设备利用该方法工作。

该任务通过具有权利要求1所述特征的X射线CT检查设备来解决。由于检查滑架可以固定在处于测量线上的测量点上，所以给出了该装置的简单的机械结构。与借助根据平移-旋转-断层摄影和扇形射束-断层摄影的现有技术的设备相比，通过测量线对准一穿过焦点并且相对于X射线的中心轴线具有倾斜角的直线，可以借助构造得更小的设备检验具有预先给定大小的待检查对象。这一点是如下得到的：扇形射束的边缘射束中的一个与测量线之间的距离始终大于从中心轴线到相应边缘射束的距离。根据本发明可能的是，只提供了唯一一个测量点。通过这样的方式，得到该装置的很简单的机械构造。然而，根据本发明同样也可能的是，提供了一整系列的测量点，测量滑架可以固定在这些测量点中。通过这样的方式，实现了一种灵活的检查设备，利用该检查设备也能够以很简单的方式和方法简单且快速地检查大小不同的对象。

优选地，扇形射束或锥体射束的中心轴线与测量线之间的倾斜角在5°到40°之间。通过这样的方式，在相同结构高度的情况下提供了测量对象的大小的明显扩大，或在预先给定对象大小的情况下可以减小X射线CT检查设备的结构高度。倾斜角特别优选地为15°。

本发明的一种特别优选的实施形式是，测量线垂直于探测器表面。在这样的构造中，不需要在所获得的测量数据中进行几何校正，因为由于设备的几何结构而没有出现变形。此外，这样的设置可以很简单地实现。

本发明的另一种有利的改进方案是，探测器与驱动单元相连并且可以垂直于测量线在扇形射束的平面内或者在锥体射束的情况下在探测器平面内移动。以这样的方式可能的是，以简单机械上的开销来设计虚拟探测器，该探测器比真实存在的探测器更大。优选地，中心轴线与合成的(虚拟)探测器中心相交。与传统的测量圆扩展不同(传统的测量圆扩展由多个固定的位置合成固定地预先给定的探测器大小)，在此可以通过探测器的自由移动而无损地利用探测器的整个长度并且由此无损地利用测量到的数据的全部。

本发明的另一种优选的改进方案是，扇形射束或锥体射束的中心轴线垂直于探测器的表面，然而测量线不垂直于探测器的表面。通过这样的方式也获得了这样的优点(上面已经描述的)，即在设备的结构大小预先给定的情况下能够检查更大的对象，或者在对象的大小预先给定的情况下能够减小结构大小，因为测量点距其中一个边缘射束的距离大于从中心轴线出发距该边缘射束的距离。在这样的情况下，尽管在完全利用X射线管的发射角的情况下保证了最大的行长度，然而必须考虑获得的数据的几何校正。

本发明的另一种有利的改进方案是，检查滑架可连续地固定在测量线上的测量点上。以这样的方式得到连续改变放大的可能性。此外，还允许对象大小的大的带宽(Bandbreite)，这些对象都能被有序地检查。

本发明的另一种有利改进方案是，测量线实体上通过导轨实现，检查滑架可在导轨上移动。由此，获得很简单的机械构造，该机械构造同时允许检查滑架的很精确的定位，并且由此允许旋转轴线的很精确的定位。在此，一方面可能的是，检查滑架可以连续地(即在检查线的每个位置上)固定在一系列具体位置上(即用于检查预先给定大小的对象)或者也可以仅仅固定在唯一一个位置上。

本发明的另一种有利的改进方案是，在任何测量点中提供检查滑架与固定在检查滑架上的待检查的对象一起自由旋转。通过这样的方式，在检查对象时，在任何情况下都获得所有对CT方法所需的信息。

本发明的另一种有利的改进方案是，在任何测量点中在对象旋转的情况下，该对象始终在一个边缘射束内，该边缘射束来自焦点并且射到探测器边缘。通过这样的方式，同样保证了能够获得所有对检查所需的对象数据，而不需要移动探测器或者使垂直于测量线的旋转轴线运动。

此外，该任务也通过具有权利要求11所述特征的CT方法来解决。由于用于在扇形射束内定位的检查滑架的旋转轴线在空间上靠近焦点地设置，其中对象在绕旋转轴线旋转时从不会越过两个边缘射束，所以上面已对根据本发明的X射线-CT-设备所说明的优点得以实现：即这样的可能性，更小的探测器和由此得到的构造得更小的X射线CT检查设备能够用于具有预先给定大小的对象的检查。这相对于已知的X射线CT方法导致费用的节约。至少也一直可以应用具有上述优点的有利的部分扇形方法(如果对象并非已经完全在射束窗中)。此外，旋转轴线仅需在其为了检查对象而被定位的位置上尽可能精确地垂直于扇形射束的平面。在本申请的范围内，部分扇形方法理解为一种方法，该方法不同于半探测器方法(在半探测器方法中，由另一侧的数据生成完整的一半信息)，仅仅确定的区域被合成地产生，而位于中部的区域这样看来被“重叠地”测量：通过数据的计算能够实现更有利的信噪比。因此当只在图像的中间进行高精度的分析是，这是令人感兴趣的(图像的中心并非一定必须是部件的中心)。

此外，该任务也通过一种具有权利要求12所述特征的CT方法来解决。由于对象的定位取决于其大小，所以可以这样定位小的第一对象，使得其完全被扇形射束透射，这导致了小的第一对象的非常快速的检查。此外，未完全被扇形射束透射的更大的第二对象可以靠近探测器被定位，并且实施扇形射束-断层摄影术。这也是一种比平移-旋转-断层摄影术明显更为快速的方法。此外，中等大小的对象可以有选择地以小的放大(即靠近探测器)在全扇形中且由此快速地被检查，或者在部分扇形方法或者半扇形方法中略为缓慢地但是以更大的放大的方式被检查。根据本发明，仅仅必须保证在更大的第二对象的情况下这样定位旋转轴线，使得测量圆从不突出于两个边缘射束。

本发明的一种有利的改进方案是，第一对象距离焦点如此远地设置在测量线上用于检查，使得其在整个检查中刚好不越过扇形射束或者圆锥曲面射束。以这样的方式，可能利用扇形射束-断层摄影术对尺寸最大的小的第一对象进行断层摄影。

本发明的另一种有利改进方案是，第二对象距焦点如此远地设置在测量线上用于检查，使得其在整个检查中刚好不越过两个边缘射束。以这样的方式可能的是，借助扇形射束-断层摄影术能够对尽可能大的第二对象进行断层摄影。

本发明的另一种有利的改进方案是，探测器借助驱动单元在测量期间从其一极限位置移动到其另一极限位置或者移动到其多个另外的极限位置。如上面已针对装置所阐述的那样，与真实存在的探测器相比，通过这样的方式实现了更大的探测器的合成。通过这样的方式，在保持装置的结构大小不变的情况下能够检查更大的检查对象，或者在预先给定对象大小的情况下能够减小结构大小。

附图说明

参照附图所示的以下所说明的实施例阐述本发明的其它优点和细节。其中：

图1示出了根据本发明的X射线CT检查设备的第一实施例的示意性俯视图，其中检查线垂直于探测器的表面，以及

图2示出了根据本发明的X射线CT检查设备的第二实施例的示意性俯视图，其中X射线的中心轴线垂直于探测器的表面。

具体实施方式

以下就这两个实施例而言，从存在扇形射束3为出发点。当然，这些实施例类似地也适于锥体射束，这对于技术人员而言是可以立即领悟的，因为该技术人员原则上了解该装置的不同几何结构，并能够容易地从根据本发明的具有扇形射束3的实施形式转移到锥体射束。

在图1中示意性地表示了X射线CT检查设备的俯视图。X射线管1具有焦点2，X射线射束以扇形射束3的形式从该焦点出来。该扇形射束3射到探测器4，该探测器完全被扇形射束3照射。这样的设置在工业CT中是充分已知的。探测器4与焦点2之间的距离能够变化，以便实现对待检查对象的尽可能好的投影几何关系。由于通过扇形射束3仅能对于待检查对象在扇形射束3平面中的薄片进行断层摄影，所以不仅X射线管1而且探测器4都可以在其高度上移动。在此，逐层地对待检查对象进行透视。替换地也可能的是，该对象在其高度上变化或者两种方法组合。

在焦点2与探测器4之间设置有滑架(未示出)，待检查的对象(未示出)可固定在滑架上。检查滑架绕旋转轴线5旋转，该旋转轴线垂直于扇形射束3的平面。通过这样的方式，生成对象在不同照射路径下的数据记录。然后根据这些数据记录进行待检查对象的重构。在此涉及对于待检查对象中的误差(比如高斯误差)的无损分析，或者涉及几何特征的确定。

大小不同的对象具有不同大小的测量圆12、13。测量圆12、13一方面根据对象的形状和旋转轴线5的位置来确定，其中对象在检查期间绕该旋转轴线旋转。在此，测量圆12、13的半径对应于对象的任意点距旋转轴线5所具有的最大距离。在“旋转对称的”轮的情况下，当轮这样地安装在检查滑架上，使得其中心点与旋转轴线5重合时，该距离相应于轮的半径。

迄今可能的是，借助扇形射束-断层摄影方法检查对象，这些对象的测量圆12完全在扇形射束3中。通过这样的方式，产生了对最大可能的对象的极大限制，因为只能以很小的放大来拍摄这些对象，因为它们必须靠近探测器4设置。相反，对具有更小测量圆12的更小对象可能的是，沿着扇形射束3内的中心轴线6距离探测器4更大距离地定位这些对象。

为了断层摄影具有更大测量圆13的对象，迄今需要使用上述平移-旋转-断层摄影术，这需要以耗时且技术上更复杂的方式实现。对于这样的大的对象的另一种可能性是使用部分扇形方法。

现在，本发明公开了这样的可能性，即在同样的X射线CT检查设备中不仅实施扇形射束-断层摄影，而且实施部分扇形方法。通过这样的方式可能的是，根据对象的大小，并且由此根据其测量圆12、13的大小，分别单独地确定合适的方法。

为了实现尽可能快速的测量，在具有完全在扇形射束3中的第一测量圆12的小对象的情况下，通常实施扇形射束-断层摄影术。然而，在大于这样的具有第一测量圆12的对象的情况下，当几何投影前提条件在相应的应用情况下可以被改进时，也可以实施部分扇形方法。这由以下得出：在部分扇形方法中，具有预先给定的测量圆12、13的对象可更靠近焦点2设置，并且尽管如此仍实现可靠的透视。

通过测量线9相对于中心轴线6倾斜倾斜角α，测量线9(或其虚拟的延长)并不与探测器4中心相遇。这意味着，与当测量线9沿着中心轴线6延伸时相比，仅能对更小的对象实施扇形射束-断层摄影。在图1中，这通过以下方式变得明显，即对具有等大的第一测量圆12的对象示出了两个测量点15。在左测量点15中，旋转轴线5如此靠近焦点2，使得第一测量圆12并不完全在扇形射束3中。因此，在该测量点15上，只有通过对象绕旋转轴线5旋转10的部分扇形方法是可能的。与此相反，在右测量点15上，对同样的测量圆12，该测量圆完全被扇形射束3覆盖。因此，在此可以实施扇形射束-断层摄影术。该扇形射束-断层摄影术更为快速，然而在左测量点15中的放大更大，这样可以选择相应所需的方法。

对具有更大的第二测量圆13的对象，应用部分扇形方法。在此，这样地选择测量点15，使得其在绕旋转轴线5旋转10时，达到几乎紧靠探测器4的表面。通过这样的方式，充分利用最大可能的第二测量圆13。

对每个测量圆12、13，除相对于探测器4必需的自由可旋转性(以及由此测量点15距探测器的足够距离)之外，也必需的是，测量圆不突出于两个边缘射束7、8。否则不能应用部分扇形方法，而必须使测量点15垂直于测量线9(根据平移-旋转-断层摄影术)移动。然而，这会导致该装置的极大的机械上的额外费用。

因此按照图1中的根据本发明的装置很好地适合于在同一装置中检查不同大小的对象(这些对象甚至在其大小方面可以很显著地变化)。在测量过程期间，对任何不同大小的对象都不需要线性运动，而仅仅是绕旋转轴线5旋转10。以这样的方式极大地节约了时间。

该机械装置的简化通过这样的方式来给出，即在测量线9上的测量点15上分别进行对象拍摄，并且滑架以仅仅一个自由度运动。因此，不需要线性的扫描轴。通过测量线9上的旋转轴线5的位置，能够使投影关系在分辨率方面被最优化。因此，尤其可能的是，不仅在小的放大情况下(如在第一测量圆12的右边位置中所表示的那样)而且在大的放大情况下(在左边所示的第一测量圆12中)根据部分扇形方法对中等大小的对象进行断层摄影。

当该设备要检查始终相同的预先给定的对象时，可以根据这些对象的大小分布和频数分布，在像场大小和测量时间方面使探测器4的长度和其侧向移动(该侧向移动由于相对于中心轴线6倾斜倾斜角α而得到)最优化。由于测量线9相对于探测器4的垂直对准，不需要行轮廓的几何校正。

根据本发明的装置在“缩减版”中也可以这样地构造，使得仅能在虚拟存在的测量线9上的离散测量点15上固定旋转轴线5。因此，检查滑架沿该虚拟测量线9的移动是不可能的。以这样的方式，实现了更为简单的机械装置及因此达到更低的费用。

图2中所示的根据本发明的X射线CT检查设备的其它实施形式原则上与图1中所示的实施形式很相似地构造。因此以下仅更详细地介绍与图1的第一实施例的不同点。相同或者作用相同的部分标有同样的参考标记。

图1的第一实施例与图2的第二实施例之间的主要不同点在于，扇形射束3的中心轴线6垂直于探测器4的表面，而不再是测量线9。通过这里也给出的、测量线9相对于中心轴线6倾斜的倾斜角α，由此在检查时所得到的对象的数据中，获得针对表面上倾斜的探测器4的行轮廓的角度相关的校正。

倾斜角α源则上可以任意选择，其中根据待检查对象的大小分布和频数分布，结合探测器的大小以及焦点2与探测器4之间的距离的大小，算出最佳倾斜角α。通过这样选择的倾斜角α，可以进行像场大小和测量时间的最优化。

在图2的实施例中一共说明了三个不同的测量点15，其中在左测量点15中存在很小的第一测量圆12，该测量圆完全在扇形射束3中，使得能够进行扇形射束-断层摄影术。第二测量圆13显著大于第一测量圆12，并且在测量线9上不能定位在能被扇形射束3完全覆盖的位置上。因此，该测量圆尽可能地靠近探测器4，并且在此必须实施部分扇形-断层摄影术。具有中等大小的第三测量圆14的第三测量点15正好这样大，使得(在距离探测器4足够距离的情况下)其不仅在第一边缘射束7内，而且在第二边缘射束8内。由此，对其(如对第二测量圆12那样)可以实施扇形射束-断层摄影术。

在该装置中也仅进行沿测量线9的一个自由度的连续运动，在离散测量点15中只可能固定在测量点上。不需要线性扫描轴并且因此给出了在机械实施形式中的简化。在该装置中在分辨率方面的投影关系的最优化(如上所述)也是可能的，使得不仅可以在小的放大的情况下在整个扇形射束3中对小对象进行断层摄影，而且也可以以大的放大通过部分扇形方法对小对象进行断层摄影。

总之，在根据图2的实施形式中，在充分利用X射线管1的发射角的情况下，得到具有最大行长度的优化的几何关系，然而其中需要几何校正。

最后，通过两个实施例实现了如下优点：关于最大可达到的测量圆12、13、14，可减小探测器4的长度，由此降低了装置的成本。此外，不仅可以减小焦点2与探测器4之间的距离(这导致测量时间的缩短)，而且可以实现了设备的结构尺寸的减小(这导致设备成本的降低)。由于较小的结构尺寸也可以减小防辐射壳体，由此又节约了成本。

参考标记表

1     X射线管

2     焦点

3     扇形射束

4     探测器

5     旋转轴线

6     中心轴线

7     第一边缘射束

8     第二边缘射束

9     测量线

10    旋转

11    探测器的边缘

12    第一测量圆

13    第二测量圆

14    第三测量圆

15    测量点

α    倾斜角

Claims (15)

1.一种X射线CT检查设备，具有带焦点(2)的X射线管(1)和用于容纳待检查对象的检查滑架，其中所述X射线管产生扇形射束(3)或者锥体射束，所述射束完全照亮距所述焦点(2)预定距离的探测器(4)，所述检查滑架具有可旋转的旋转轴线(5)，所述旋转轴线(5)垂直于所述扇形射束(3)的平面或垂直于所述锥体射束的中心轴线(6)，其特征在于，

所述检查滑架能固定在至少一个测量点(15)上，其中这些测量点(15)中的每个设置为使得所述旋转轴线(5)位于测量线(9)上，所述测量线从所述焦点(2)出来并且与所述扇形射束(3)或锥体射束的中心轴线(6)夹一倾斜角(α)。

2.根据权利要求1所述的X射线CT检查设备，其特征在于，所述倾斜角(α)在5°到40°之间，尤其是为15°。

3.根据上述权利要求中任一项所述的X射线CT检查设备，其特征在于，所述测量线垂直于所述探测器(4)的表面。

4.根据权利要求3所述的X射线CT检查设备，其特征在于，所述探测器(4)与驱动单元相连，并且能够垂直于所述测量线(9)在所述扇形射束(3)的平面内或在所述锥体射束的情况下在所述探测器(4)的平面内移动。

5.根据权利要求4所述的X射线CT检查设备，其特征在于，所述中心轴线(6)与合成的探测器中心相遇，所述合成的探测器由基于其运动的极限位置而得到。

6.根据权利要求1或者2所述的X射线CT检查设备，其特征在于，所述扇形射束(3)或者锥体射束的中心轴线(6)垂直于所述探测器(4)的表面。

7.根据上述权利要求中任一项所述的X射线CT检查设备，其特征在于，所述检查滑架可连续地固定在所述测量线(9)上的测量点(15)上。

8.根据上述权利要求中任一项所述的X射线CT检查设备，其特征在于，所述测量线(9)实体上通过导轨来实现，所述检查滑架能够在所述导轨上移动。

9.根据上述权利要求中任一项所述的X射线CT检查设备，其特征在于，在每个测量点(15)，所述检查滑架与固定在其上的待检查对象能够一起自由旋转(10)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的X射线CT检查设备，其特征在于，在任意测量点(15)当对象旋转(10)时，所述对象始终在一个边缘射束(7，8)内，所述边缘射束从所述焦点(2)出来并且与所述探测器(4)的边缘(11)相遇。

11.一种用于借助根据上述权利要求中任一项所述的X射线CT检查设备检查对象的CT方法，其中所述对象在定位之后，为了检查而绕所述检查滑架的旋转轴线(5)旋转，其特征在于，在所述扇形射束(3)内进行所述检查滑架在所述测量线(9)上的定位，使得所述对象在绕所述旋转轴线(5)旋转时从不超过两个边缘射束(7，8)。

12.一种用于借助权利要求1至10中任一项所述的X射线CT检查设备检查大小不同的对象的CT方法，其特征在于，所述对象的定位取决于其大小，并且所述对象在定位之后为了检查而绕所述检查滑架的旋转轴线(5)旋转，其中所述旋转轴线(5)在第一对象的情况下尽可能靠近所述焦点(2)定位，所述第一对象的尺寸小到使得其在绕所述旋转轴线(5)旋转时完全被所述扇形射束(3)或锥体射束包括；在更大的第二对象的情况下，所述旋转轴线(5)尽可能靠近所述探测器(4)定位，其中所述旋转轴线(5)距所述焦点(2)的距离选择得大到使得所述第二对象在绕所述旋转轴线(5)旋转时，从不会越过两个边缘射束(7，8)。

13.根据权利要求12所述的CT方法，其特征在于，第一对象远离所述焦点(2)地设置在测量线(9)上用于检查，使得所述第一对象在整个检查中刚好不越过所述扇形射束(3)或所述锥体射束。

14.根据权利要求12或者13中任一项所述的CT方法，其特征在于，第二对象远离所述焦点(2)地设置在测量线(9)上用于检查，使得所述第二对象在整个检查中不越过两个边缘射束(7，8)。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的CT方法，其特征在于，所述探测器(4)借助所述驱动单元在测量期间从其一个极限位置移动到其另一极限位置，或移动到它的多个其它极限位置。

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